[发明专利]超疏水表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在任意高分子材料表面，特别是在高分子薄膜材料表面制备超疏水表面的方法。

背景技术

自然界的动植物有很多奇特现象，超疏水表面就是其中一种。动植物的超疏水表面是由蜡质包裹的粗糙表面结构导致的。蜡质可以使得表面具有较低的表面能从而增大接触角，而粗糙表面结构可以进一步增大这种疏水效应。参见：Jiang L，Wang R，Yang B，et al.[J].Pure Appl.Chem.，2000，72-73。

如果能在人造材料的表面形成超疏水(超憎水)表面，即所形成的表面具有极大的接触角和极小的滚动角，符合超疏水的技术要求，其显著的荷叶效应使得该表面具有自清洁功能。此外，超疏水表面具有很多的应用前景，在自清洁领域，它可以用来防雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导等。参见：Nakajima A，Hashimoto K，Watanable T.[J].Monatshefte für Chemie，2001，132：31。NakajimaA，FujishimaA，Hashimoto K，et al.[J].Adv.Mater.，1999，11：1365。如果建筑物的外墙、露天的广告牌等表面象荷叶一样，就可以自然保持清洁。参见：Zhai J，Li H J，Li Y S，et al.[J].Physics(in Chinese)，2002，31：483。另外，超疏水表面在减小阻力方面也有特殊的表现，液体在运输管道，比如输水和输油管道，流动时，有很大一部分的能量用来克服流体和固体界面的阻力，随着管道尺寸的减小，阻力所起作用会越来越大，所以对于微流孔道的表面具有超疏水表面将有效减少孔道表面的阻力。同时减少表面摩擦阻力是提高船只航速和节约能源的主要途径。研究发现超疏水硅表面和添加疏水填料的硅橡胶和聚氨树酯均可以达到减阻30％以上的效果。参见：Feng L，Li S，Li Y，et al.[J].Adv.Mater.，2002，14：1857。

目前制备超疏水表面的技术主要可分为以下几类：硅材料表面的刻蚀法，溶胶凝胶法，化学气相沉积法，机械拉伸法，聚合反应成膜法，模板法，电纺法，电化学沉积法，腐蚀金属法。这些方法共同的特点是制备的表面具有较低的表面能，同时又具有较大的粗糙度，从而导致其具有超疏水的特性(参见：赵宁，卢晓英，张晓燕，刘海云，谭帅霞，徐坚，“超疏水表面的研究进展”，《化学进展》，第19卷，第6期，860页，2007)。目前在模仿荷叶表面制备的超疏水表面技术中，所使用的技术是用光刻技术制作的一级结构(模仿荷叶乳突)，然后在其上面生长纳米线(模仿乳突上的二级结构)，以此来实现超疏水。这种技术具有明显的缺陷，由于一级结构光刻胶和材料本体结合力较差，所以一级结构在受到外力作用时很容易脱落，导致超疏水表面结构的破坏，从而使得超疏水表面失效。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术不足，制备工艺简单，制造成本低廉，工艺重复性好，能制备出具有良好的生物兼容性和良好的表面结构，且表面结构更为可靠的超疏水表面制备方法。

本发明的方法是：首先在任意高分子基片表面采用刻蚀的方法制备出与基片材料为同一材料的柱状阵列的一级结构，或者先采用浇筑成型法制备出表面带有柱状阵列的一级结构的高分子材料，或者先采用热压成型法制备出表面带有柱状阵列的一级结构的高分子材料，或者先采用预聚体浇入模子然后聚合的方法制备出表面带有柱状阵列的一级结构的高分子材料，再在柱状阵列的一级结构的表面沉积氧化锌种子层，随后将基片放入可生长氧化锌纳米线阵列的生长液中，使一级结构的表面生长出氧化锌纳米线阵列的二级结构，再将制备了一级和二级结构的高分子基片浸入溶有疏水物质的溶液，使高分子基片上的一级和二级结构的表面完全附着疏水物质物质后，将高分子基片取出，晾干，得到所需要的超疏水表面。

本发明所用的疏水物质可以是蜡质物，例如石蜡，也可以是碳链长度为8-14之间的烷酸，或氟硅烷，或十八烷基硫醇，或正十二烷基三甲氧基硅烷，或C₄F₈。在具体实施中可将所用的疏水物质用可溶解的溶液溶解，然后将已经在其表面生成一级和二级结构的高分子材料浸入其中，使其一级结构和二级结构的表面完全充分的附着蜡质物质，再将其取出晾干，得到所需要的具有超疏水表面的材料。